Химический элемент Йод

Федеральное агентство по образованию

Нижнекамский  химико-технологический институт (филиал)

государственного  образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Казанский  государственный технологический  университет» 
 
 
 

ФПКП 
 
 
 
 
 
 

Реферат

По дисциплине: «Общая и неорганическая химия»

На тему: «Химический элемент йод» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент группы 5027

                        ФПКП

      Кириллов Данил  Алексеевич

      Проверил: Коньков  О.А. 
 
 
 
 
 

Нижнекамск, 2011

    ОГЛАВЛЕНИЕ 

     Введение             3

1. Открытие          3
2. Распространение в природе       4
3. Физические и химические свойства      5
4. Получение          6
5. Иод в организме         6
6. Иод и человек         8
7. Болезни, связанные с недостатком иода     8
8. Иод в медицине         9
9. Иод радиоактивный               10
10. Применение иода                10

     Заключение                 12

     Список  используемой литературы              13

     Приложения                 14

     Введение

    Иод знают все. Порезав палец, мы тянемся  к склянке с иодом, точнее с  его спиртовым раствором. Но не все  знают насколько важно содержание иода в нашем организме. Иод является очень сильным антисептическим препаратом. Однако иод служит не только для смазывания ссадин и царапин. Хотя иода в человеческом организме всего 25 мг, он играет важную роль. Большая часть «человеческого иода» находится в щитовидной железе: он входит в состав вещества, которое регулирует обмен веществ в организме. При недостатке иода задерживается физическое и умственное развитие и возникает болезнь, называющаяся эндемический зоб. Это случается в высокогорных районах, где естественное содержание иода в воздухе, воде и пище очень низкое. 

    Открытие  иода

    Иод – химический элемент VII группы периодической  системы Менделеева. Атомный номер - 53. Относительная атомная масса 126,9045±0,0001. Галоген. Из имеющихся в природе галогенов – самый тяжёлый, если, конечно, не считать радиоактивный короткоживущий астат. Практически весь природный иод состоит из атомов одного – единственного изотопа с массовым числом ¹²⁷, его содержание в земной коре  4 . 10^-5% по массе. Радиоактивный иод ^{– 125} образуется в ходе естественных радиоактивных превращений. Из искусственных изотопов иода важнейшие – иод^-131 и иод^-133: их в основном используют в медицине.

    I₂ – галоген. Темно-серые кристаллы с металлическим блеском. Летуч. Плохо растворяется в воде, хорошо – в органических растворителях (с фиолетовым или коричневым окрашиванием раствора) или в воде с добавкой солей – иодидов. Слабый окислитель и восстановитель. Реагирует с концентрированными серной и азотной кислотами, металлами, неметаллами, щелочами, сероводородом. Образует соединения с другими галогенами.

      Молекула элементного иода, как  и прочих галогенов, состоит  из двух атомов. Иод – единственный  из галогенов – находится в  твёрдом состоянии при нормальных  условиях. Красивые тёмно – синие кристаллы иода больше всего похожи на графит. Отчётливо выраженное кристаллическое строение (приложение 3), способность проводить электрический ток – все эти «металлические» свойства характерны для чистого иода.

    Конец XVII и начало XVIII века были отмечены в Европе непрекращающимися войнами. Требовалось много пороха и, следовательно, много селитры. Производство селитры приняло невиданные масштабы, наряду с обыкновенным растительным сырьём в дело шли и морские водоросли. В них и обнаружили новый химический элемент.

    Одним из французских селитроваров был  химик и промышленник Бернар Куртуа (1777–1838), он был весьма наблюдательным человеком. Считается, что именно это  помогло ему в 1811 г. стать первооткрывателем  нового химического элемента иода. Однажды он заметил, что медный котёл, в котором выпаривался щелок, полученный из фукуса, ламинарий и других бурых водорослей, быстро разрушается, как будто его разъедает какая – то кислота. Куртуа решил выяснить, в чём тут дело. Осадив и удалив из раствора соли натрия, он выпарил раствор, обнаружил в котле сульфид калия и чтобы разложить его, прилил к осадку концентрированной серной кислоты – и тут появился фиолетовый дым. Куртуа повторил опыт, на этот раз в реторте, и в приёмнике реторты осели блестящие чёрные пластинчатые кристаллы.

    Иодид натрия из водорослей, взаимодействуя с серной кислотой, выделяет иод I₂; одновременно образуется сернистый газ – диоксид серы SO₂ и воду:

    2NaI + 2H₂SO₄ = I₂­ + SO₂­+ Na₂SO₄ + 2H₂O

    При охлаждении пары иода превращались в  темно-серые кристаллы с ярким блеском. Куртуа писал: «В маточном растворе щелока, полученного из водорослей, содержится довольно большое количество необычного вещества. Его легко выделить: для этого достаточно прилить серную кислоту к данному раствору и нагреть смесь в реторте... Новое вещество осаждается в приемнике в виде черного порошка, который при нагревании превращается в пары великолепного фиолетового цвета».

    Название  новому элементу присвоил в 1813 году французский  химик Жозеф-Луи Гей-Люссак (1778–1850) за фиолетовый цвет его паров («иодос» по-гречески значит «фиолетовый»). Он же получил многие производные нового элемента – иодоводород HI, иодноватую кислоту HIO₃, оксид иода(V) I₂O₅, хлорид иода ICl и другие. Практически одновременно элементарную природу иода доказал и английский химик Гэмфри Дэви (1778–1829).

    Распространение в природе

    Среднее содержание иода в земной коре 4*10^-5% по массе. В мантии и магмах и в образовавшихся из них породах (гранитах, базальтах) соединения иода рассеяны; глубинные минералы иода неизвестны. История иода в земной коре тесно связана с живым веществом и биогенной миграцией. В биосфере наблюдаются процессы его концентрации, особенно морскими организмами (водорослями, губками). Известны 8 гипергенных минералов иода, образующихся в биосфере, однако они очень редки. Основным резервуаром иода для биосферы служит Мировой океан (в 1 литре в среднем содержится 5*10^-5 грамм иода). Из океана соединения иода, растворенные в каплях морской воды, попадают в атмосферу и переносятся ветрами на континенты. Местности, удаленные от океана или отгороженные от морских ветров горами, обеднены иодом. Иод легко адсорбируется органическими веществами почв и морских илов. При уплотнении этих илов и образовании осадочных горных пород происходит десорбция, часть соединений иода переходит в подземные воды. Так образуются используемые для добычи иода иодо - бромные воды, особенно характерные для районов нефтяных месторождений (местами 1 литр этих вод содержит свыше 100 мг иода).

    Адсорбция – связывание одного вещества на поверхности другого вещества, как правило, твёрдого тела.

    Физические  и химические свойства

    Плотность иода 4,94 г/см3, t_пл 113,5 °С, t_кип 184,35 °С. Молекула жидкого и газообразного иода состоит из двух атомов (I₂). Заметная диссоциация I₂ Û 2I наблюдается выше 700 °С, а также при действии света. Уже при обычной температуре иод испаряется, образуя резко пахнущий фиолетовый пар. При слабом нагревании иод возгоняется, оседая в виде блестящих тонких пластинок; этот процесс служит для очистки иода в лабораториях и в промышленности. Иод плохо растворим в воде (0,33 г/л при 25 °С), хорошо - в сероуглероде и органических растворителях (бензоле, спирте), а также в водных растворах иодидов.

    Конфигурация  внешних электронов атома иода 5s2 5p5. В соответствии с этим проявляет в соединениях переменную валентность (степень окисления): -1 (в HI, KI); +1 (в HIO, KIO); +3 (в IСl₃); +5 (в НIO₃, КIO₃); и +7 (в HIO₄, KIO₄). Химически иод довольно активен, хотя и в меньшей степени, чем хлор и бром. С металлами иод при легком нагревании энергично взаимодействует, образуя иодиды (Hg + I₂ = HgI₂). С водородом иод реагирует только при нагревании и не полностью, образуя йодистый водород. Элементный иод - окислитель, менее сильный, чем хлор и бром. Сероводород H₂S, тиосульфат натрия Na₂S₂O₃ и другие восстановители восстанавливают его до I- (I₂ + H₂S = S + 2НI). Хлор и другие сильные окислители в водных растворах переводят его в IO₃-. При растворении в воде иода частично реагирует с ней; в горячих водных растворах щелочей образуются иодид и иодат. Адсорбируясь на крахмале, иод окрашивает его в темно-синий цвет; это используется в иодометрии и качественном анализе для обнаружения иода. Пары иода ядовиты и раздражают слизистые оболочки. На кожу иод оказывает прижигающее и обеззараживающее действие. Пятна от иода смывают растворами соды или тиосульфата натрия.

    Получение

    Сырьем  для промышленного получения  иода в России служат нефтяные буровые  воды (приложение 2); за рубежом –  морские водоросли, а также маточные растворы чилийской (натриевой) селитры, содержащие до 0,4% иода в виде иодата натрия. Для извлечения иода из нефтяных вод (содержащих обычно 20 – 40 мг/л иода в виде иодидов) на них сначала действуют хлором или азотистой кислотой. Выделившийся иод либо адсорбируют активным углем, либо выдувают воздухом. На иод, адсорбированный углем, действуют едкой щелочью или сульфитом натрия. Из продуктов реакции свободный иод выделяют действием хлора или серной кислоты и окислителя, например дихромата калия. При выдувании воздухом иод поглощают смесью двуокиси серы с водяным паром и затем вытесняют иод хлором. Сырой кристаллический иод очищают возгонкой.

    Иод в организме

    Иод – необходимый для животных и  человека микроэлемент. В почвах и  растениях таёжно-лесной нечерноземной, сухостепной, пустынной и горных биогеохимических зон. Иод содержится в недостаточном количестве или не сбалансирован с некоторыми другими микроэлементами (Са, Mn, Cu); с этим связано распространение в этих зонах эндемического зоба. Среднее содержание иода в почвах около 3*10^-4%, в растениях около 2*10^-5%. В поверхностных питьевых водах иода мало (от 10^-7 до 10^-9%). В приморских областях количество иода в 1 м3 воздуха может достигать 50 мкг, в континентальных и горных – составляет 1 или даже 0,2 мкг.

    Поглощение  иода растениями зависит от содержания в почвах его соединений и от вида растений. Некоторые организмы (так называемые концентраторы иода, например морские водоросли – фукус, ламинария, филлофора, накапливают до 1% иода, некоторые губки – до 8,5% (в скелетном веществе спонгине). Водоросли, концентрирующие иод, используются для его промышленного получения. В животный организм иод поступает с пищей, водой, воздухом. Основной источник иода – растительные продукты и корма. Всасывание иода происходит в передних отделах тонкого кишечника. В организме человека накапливается от 20 до 50 мг иода, в том числе в мышцах около 10 – 25 мг, в щитовидной железе в норме 6 – 15 мг. С помощью радиоактивного иода (I¹³¹ и I¹²⁵) показано, что в щитовидной железе иод накапливается в митохондриях эпителиальных клеток и входит в состав образующихся в них алл - и моноиодтирозинов, которые конденсируются в гормон тетраиодтиронин (тироксин). Выделяется иод из организма преимущественно через почки (до 70 – 80% ), молочные, слюнные и потовые железы, частично с жёлчью.

    В различных биогеохимических провинциях содержание иода в суточном рационе колеблется (для человека от 20 до 240 мкг, для овцы от 20 до 400 мкг). Потребность животного в иода зависит от его физиологического состояния, времени года, температуры, адаптации организма к содержанию иода в среде. Суточная потребность в иоде человека и животных – около 3 мкг на 1 кг массы (возрастает при беременности, усиленном росте, охлаждении). Введение в организм иода повышает основной обмен, усиливает окислительные процессы, тонизирует мышцы.

    В связи с большим или меньшим  недостатком иода в пище и воде применяют иодирование поваренной соли, содержащей обычно 10 – 25 г йодистого калия на 1 тонну соли. Применение удобрений, содержащих иод, может удвоить и утроить его содержание в сельскохозяйственных культурах. Кроме иодирования соли в последние годы стали широко применять иодирование других продуктов. Иод добавляют в некоторые хлебобулочные изделия, молоко, всё большее распространение получают так называемые БАДЫ «биологически активные добавки», содержащие иод, такие как Иод – актив, Иодомарин, Цыгапан, Кламин, и некоторые другие. Одним из самых известных препаратов для восполнения содержания иода в организме считается «Иод – актив». Мы обязаны появлению этого препарата Павлу Флоренскому. Как инженер он был жёстким и расчётливым реалистом. А вот к науке у него с детства была огромная страсть. Павлу Флоренскому было 10 лет, когда он впервые прочёл книгу Фарадея. И Майкл стал его кумиров на всю жизнь. У Флоренского никогда не было сомнений, кто открыл иод конечно Фарадей! Не случайно последним открытием Флоренского, стала формула уникального иодистого препарата, способного оберегать человека от тяжелых болезней. Открытие великого русского учёного имеет  планетарное значение. Ведь проблема нехватке иода волнует граждан во всём мире.  Дефицитом иода страдают около 1,5 миллиардов человек. В том числе в России от недостатка иода страдает около 70% населения. Беда, точнее катастрофа, бушует на планете. Из – за постоянной нехватки иода люди порой не блещут умом, даже взрослые. Такие люди, отличаются взрывным характером, а потому часто терпят неудачи на работе и в личной жизни. Учёные Всемирной организации здравоохранения уже однозначно пришли к выводу, что коэффициент интеллекта IQ напрямую зависит от содержания иода в организме.  В нашем городе применение, таких добавок очень актуально так как,  в почве, и соответственно в продуктах очень маленькое содержание иода. Поэтому для сохранения здоровья и интеллектуального потенциала населения, недостаток иода нужно восполнять.